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【转载】科学分析:什么样的房子在地震中容易倒塌  

2013-04-22 00:09:41|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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科学分析:什么样的房子在地震中容易倒塌 - 寿红 - 寿红教育

芦山地震造成人员伤亡的原因分析

(1)建筑物的抗震能力低

在国家2001年公布的《中国地震动峰值加速度区划图》中,龙门山地区有的地方是6度(地震动峰值加速度为0.05g左右,g为地表的重力加速度,单位是 m/s2),如彭州、绵竹、都江堰等;有的地方是7度(地震动峰值加速度为0.10g左右),如汶川、北川、青川等。这些抗震设防的标准是在缺少长时间(3000年以上)的地震记录资料情况下制定的,完全没有预料到在2008年的汶川8.0级特大地震与今天发生的芦山7级地震,过去抗震设防的烈度比实际地震烈度低1~3度。

按照过去老的抗震规范,6度区基本无须特别设防,农村乡镇老百姓自己砌的民房,没有进行过抗震设计。学校和医院理论上按7度设防,但是因种种原因造成的外表光鲜实为豆腐渣的工程也有一些。即使实际施工质量达到设计要求,一座按烈度7度抗震设防的建筑,也就是在6度时不损坏,7度时可以维修重新使用,8度时不瞬刻垮塌。这就是我们常说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”。事实上,以往有的建筑商存在侥幸心理,认为“一辈子也遇不上一次破坏性地震”,对抗震规范的执行并不够严密,常常缺乏自律。况且,建筑招标时,建筑的外观、使用功能和造价都是比抗震结构更重要的筹码。这次芦山地震中,破裂(前山断裂)经过的地方及其附近地区,地震烈度高达8-10度。加之,建于不同时代、使用不同标准、还有不同施工质量。如此看来,这次芦山地震造成一定的人员伤亡几乎是肯定,因为灾区绝大多数老房子都未能达到抵抗7-9度以上地震烈度的要求。

经5.12地震灾区考察发现:(1)无筋砖柱抗震能力很差,带粗螺旋箍筋的钢筋混凝土柱,地震时表现较好。(2)钢筋混凝土框架结构房屋的倒塌几乎都和柱子的破坏有关。柱子的破坏主要包括:柱子顶端和底部水平破裂、柱子主筋压屈与压弯、外部保护层剥落、柱体剪切破坏等等。柱梁之间的节点尤其容易破坏。遭到破坏的钢筋混凝土柱子往往是:柱子里钢筋太少太细、箍筋间距过大,搭接长度不足、横向接头钢筋过少等等。柱子是房屋的“脊梁”,软骨头的房屋一震就塌。(3)无筋承重墙主要被剪切断裂破坏。(4)对于砖混结构和钢筋混凝土框架结构的房屋来说,房屋越高,地震时破坏率越高。(5)采用基底隔震技术的楼房的抗震能力大大提高。(6)在乡镇、县城街面的房屋特别容易被地震毁坏。这类建筑往往采取强梁弱柱体系,而且结构布局不合理。底层临街一面,开洞很大,作为商店的门或窗户,而在背街的那一面墙开洞很小。房子的强度一边强、一边弱,“太偏心”。地震来时,房屋底层破坏后向街心一侧倾倒。所以,地震时,在狭窄街道上行走的人员特别危险,因为不仅临街房屋的前墙会倒塌于街,而且空中的广告牌、路灯、电线杆等也会砸下来。地震时躲藏在结实的家具下或侧旁,通常比跑到房外狭窄街道上更安全。不知道汶川地震之后重建的房屋经受得起芦山地震的二次打击否?

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这样垮塌下来的房子里的人就危险了

 

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墙体上的X破裂

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 据本人对龙门山地震灾区的考察发现,瞬息即塌的楼房大多是使用空心混凝土预制板作为楼板的砖混建筑物,这些水泥预制板被直接搁置在横梁上或承重墙上,预制板伸出来的钢筋没有与相邻构件拉连,即板体和梁体没有固定连接。有的倒塌楼房的预制板中,根本看不到钢筋或者拉筋。地震来袭时,横梁或承重墙左右或上下摇晃,使得预制板脱落,有的预制板挂到两边的墙上,使得房中的人和家具一起从高处直落地面;有的预制板坠落下来,砸死房中的人和砸碎房中的物品。塌落下来的上层预制板又砸塌下面一层的预制板,多米诺骨牌一样,一层层往下砸,最终把建筑物内的所有的人及物都埋到最底层的废墟里,屋中人几无生还的机会。无数事实证明,地震时楼房中的水泥预制板等同于“棺材板”。这次芦山7级地震的晃动使得许多房顶的瓦片堕落,可能会扎伤屋檐的行人,但是却减轻了房顶的重量。

所以,地震波本身不杀人,杀人的是一震即塌的房屋。只要建筑质量好(结构设计合理、建材质量好、施工质量高),即使遇上8级地震,楼房也不会一震即塌,里面的人就有时间逃出来。

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芦山地震灾区航空照片

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芦山地震灾区航空照片

2. 房屋建在断裂带上

断层是地震时地面变形的集中之地。断层的位移,包括水平和垂直位移。这次雅安芦山地震发生在龙门山南段的山前断裂,也叫彭灌断裂,是四川盆地与龙门山的分界线,这次7级地震的地表破裂可能从芦山一直通到大邑,断层错距从几十厘米到二米,跨越断层的房屋,其基础承受不了这么大的位移,房屋因而遭到破坏。凡是坐落在断裂带上的建筑物会全部倒塌,无一幸免。前山断裂的地表破裂或形变带的宽度一般小于20-30米,在这个范围内,各类房屋无论其建筑结构、所用材料、施工质量几乎会全部倒塌损毁。但愿没有中小学校坐落在断裂带上。

    2008年5.12大地震中,建在中央断裂带上的映秀镇小学、邮电局、发电厂、天然气厂、阿坝州警务直属大队等所有单位,都被夷成平地。龙门山镇和银厂沟度假村直接位于中央断裂带上,其中小龙潭的瀑布滴水面本身就是断层面。2008年5.12大地震中,北川县城为什么死伤那么多人,关键是龙门山中央断裂从整个县城通过,加之该断裂在这里地表位移量很大,因此地震在这里释放的能量也大。北川中学的校园距中央断裂带也就20~30米,所以,北川中学在5.12地震中受到灭顶之灾。

中国《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》规定丙类建筑(一般工业和民用建筑)在抗震设防烈度为8度时,地震活动断裂两侧的最小避让距离为200米。设防烈度为9度时,地震活动断裂两侧的最小避让距离为300米。这些规范在土地资源相对丰富的平原区较好执行,对于四川龙门山地区实行起来似乎非常困难,因为可用于重建的土地资源极其有限。在龙门山地区,河流沿着断裂带向下切割形成山谷,由于断裂带岩石被历次地震破碎研磨,风化成土壤,于是仅有的、可耕作的土地(平坝)零零散散地分布在这些山沟里,所以这里也是城镇村寨的落脚点和交通的要道。平坝正是活动断层通过的地方,中间是条河,河两边有些土地。房屋一边是陡峭的山崖,另一边是滚滚的河流。灾后重建过程中,不仅要考虑地震断层的重新活动,而且还要考虑山体滑坡、山洪、泥石流等其它地质灾害。在四川灾区震后重建中,活动断层两侧的“避让距离”至少应不少于100米。在避让距离之内,绝对不能再建学校、医院等公共建筑。

上世纪90年代后,由于使用水泥预制板建筑楼房经常出现“天棚裂缝”的问题,加上抗震强度低,被国家有关部门勒令逐步退出建筑市场。但非常不幸的是,不仅仅在我国现今农村乡镇,而且在四川地震灾区的重建中,水泥空心预制板有时还在使用。

在一个7级地震中即刻倒塌的公共建筑物,可以肯定的说,不同程度地存在着建筑质量包括结构设计、建材和施工质量等问题。有些楼房结构不合理,底层柱子太“软”,又没有牢固的剪力墙支撑,地震时底层没有足够的强度抵抗建筑物上部的垂直挤压和水平剪切运动,造成底层垮塌,进一步使整个大楼破坏,许多倒塌楼房的梁柱钢筋用量太少,箍筋密度明显偏低,混凝土施工质量也差,在浇灌过程中出现明显的跑浆现象。使用的水泥标号低或碳酸镁含量过高,或使用过期水泥等都会降低建筑质量。有的办公楼只图美观、好看、却忽视了抗震设防。例如,都江堰市某中学把原来应该用来加固教学楼的经费用于搞装璜,其教学楼在2008年5.12地震中一晃就倒。

建设安全的家已成成居住在地震活动带地区居民共同的愿望。我们应该调查研究四川地震灾区“那些倒了的和没有倒的建筑”,弄清建筑倒塌的原由,解读强震中建筑屹立不倒的奥秘。

3. 山体滑坡和岩石崩塌

龙门山地区的特点是地势起伏大,山坡陡峭,山高谷深,少量的土壤沿沟分布,人们只能居住和活动于沟谷之中,而沟谷正是断裂带通过之处。这个地貌特点决定龙门山注定是地震次生灾害——山体滑坡和岩石崩塌非常严重的地区。与汶川地震一样,芦山地震必然会造成地面隆起和陷落、道路错裂、山崩、滑坡、塌方等严重的次生地质灾害,摧毁了交通、通讯等生命线系统,给营救工作带来困难。

本人在汶川地震后考察得知,2008年5.12下午,北川县城商业中心本来有近3000人已逃出危房来到门前广场,地震后10分钟却又被随之到来的山体塌方埋到地下几十米深,无一幸免。北川县陈家坝乡也是山体滑坡塌方的重灾区,在乡政府所在的谷口,滑坡体长1.2千米,宽2.0千米,掩埋了几十户人家。陈家坝乡的杜家坝村,滑坡体长800米,宽1000米,掩埋了两个村民小组。青川县红光乡东河口村200农户被崩塌的岩石埋在浅则20 米、深则50-110米的地下。

         芦山地震所在龙门山的山前断裂以逆冲为主。4.20强震时,处于断层上盘山顶或悬崖上的岩石就可能滑落下来,飞到路上或村庄,这些“地震飞来石”,有的摧毁房屋,有的击毁汽车,有的砸死行人。

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由芦山地震震落的滚石

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 山高路险

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今后在芦山地震灾区要特别注意的是暴雨后的泥石流。地震已使山中断裂带内部岩石支离破碎。许多公路是沿着断裂带修建的,即使平时特别是暴雨之后山上往下滚石不断,泥石流司空见惯,更连续发生5.12汶川地震与4.20芦山地震之后。

地震近20~30年以来,龙门山地区为了满足日益增长的经济需要,人为地挖掉大量的自然形成的长期平衡稳定的山坡底角,贴着陡立的山体修建房屋和公路。山坡的稳定性被人为地破坏之后,增加了地震中滑坡、塌方、泥石流的危害,会造成临山而建的房屋和公路被毁,甚至造成人员伤亡和交通瘫痪。

(4)建筑物坐落在松散沉积物之上

松散沉积物包括古河道、古湖泊相的沉积物、流沙土以及人工回填土等。这类松散沉积物空隙度大,内含饱和水,具触变性。在静态情况下,水饱和的沉积物尚具有一定的稳定性,但在动态情况下,例如地震波晃动下,这种水饱和的松散沉积物瞬刻失去稳定性,呈现出液态的物理性质(即沙土液化),使得坐落其上的建筑物在流沙中不均匀下沉,造成建筑物倾倒而彻底摧毁。这就是建筑学上所说的场地效应和地基失效。举个例子,把一块方糖放在一碗小米上,然后来回晃碗,方糖很快沉入小米之中。

另外,一些房屋坐落在河岸边,地震振动使地基连同房屋倾倒或坠落河底。所以,灾后重建中住房选址一定要远离河岸和不稳定的边坡。这方面,国外也有不少经验教训。

1985年9月19日墨西哥海岸连续发生8.1级和7.6级两次强烈地震,造成西部太平洋沿岸4个州和离震中约400 千米的首都墨西哥城近万幢高层楼房倒塌,近40,000人死亡。墨西哥城的老城和商业区的主要办公楼和宾馆全部倒塌。震后调查表明,墨西哥城建造在古湖泊相沉积之上,地面震动导致地基失效而建筑物倒塌。1989年10月17日美国加州洛玛普里艾塔发生7.1级地震,由于震区的建筑物总体抗震能力较好,建筑物破坏并不严重,但是,在靠近旧金山湾附近,由于多是人工回填土,建筑物多遭破坏,包括多座高速公路立交桥坍塌。2001年1月26日印度古吉拉特邦发生7.9级强烈地震,导致16,480人死亡,约15万人受伤。这次地震几乎摧毁了该邦首府库奇镇所有的建筑物,因库奇镇正好建筑在印度河的古河道上。

无数事实证明,直接建在坚固基岩上的房屋更耐震。唐山地震中唯一仅存的两座古庙,就是因建在坚固基岩上而得以大难不毁。

  沿着发震的山前断裂,锁闭深处的地下水会沿破裂上升,通过近表的松散沉积物最终到达地表,出现冒水和喷沙现象,喷出来泥沙还会掩没农田和庄稼。喷沙冒水也会造成地面上房屋由于不均匀下沉而倾斜的现象。

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